商用車5052鋁合金油箱表面腐蝕分析與建議

白克非 馮力偉 趙鴻飛 李瞾亮 肖 葵

（1. 北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400；2. 北京科技大學腐蝕與防護中心，北京 100083）

0 引言

商用車鋁合金燃油箱的使用也得到大眾的認可，由于其美觀的外表以及其自帶的薄薄的防腐保護膜。在某主機廠生產過程中，就沒有保留其防護膜，也沒有進行噴涂、陽極氧化等防護措施。但隨著客戶對車輛的舒適性及外觀要求越來越高，油箱表面腐蝕問題越來越突出，重慶、河北、山東等多地反饋地6個月左右的新車，油箱表面出現批量白色花斑（如圖1所示），嚴重影響產品外觀質量[1]。本文通過從失效件的微觀形貌出發，結合前期各專家對鋁合金大氣腐蝕、腐蝕試驗研究等工作，對該故障表面腐蝕物質進行了確認分析。

圖1 油箱表面白色花斑

1 燃油箱失效件樣板制作及試驗安排

根據GB/T 16545-2015《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產物的清除》，對截取樣板材料進行除銹處理。采用硝酸（HNO3，ρ=1.42g/mL）溶液，在25℃下超聲清洗5min，洗凈吹干（如圖2所示）。然后使用型號為 Rigaku 型的X射線衍射儀進行XPS分析，初步得出產物類別；再使用法國HORIBA Jobin Yvon公司HR800型激光顯微拉曼光譜儀繼續做Raman分析，對產品進一步判定；之后使用FEI公司的 Quanta 250掃描電鏡和Keyence VK-200型3D激光共聚焦顯微鏡對微觀形貌進行觀察，判定腐蝕過程。

圖2 燃油箱失效試樣

2 失效分析

2.1 材質分析

通過成分分析（如表1、表2所示），發現材料樣品化學成分符合《GB/T 3190-2008》5052標準成分要求。

表1 燃油箱樣板成分 單位：Wt%

表2 《GB/T 3190-2008》5052標準成分 單位：Wt%

2.2 產物分析

2.2.1 失效試驗件進行XPS分析

鑒于油箱使用環境及自身介質要求，首先對燃油箱帶污點樣品進行XPS分析，結果如（如圖3所示）。對所得譜圖進行分析處理，碳的峰值和氧的峰值較高，初步分析：產物主要成分有機物質，并存在少量Al的氧化產物。為了進一步判定有機產物的成分，對失效試驗件A繼續做Raman分析（如圖4所示），燃油箱帶污點區域樣品的拉曼光譜分析譜圖，結果顯示主要的峰值為：1378cm-1和1608cm-1，1378cm-1符合COO基團的特征峰值[2]，1608cm-1特征峰值符合嘌呤環的ν（C=N）ar振動[3]。因此確認產物中存在COO基團和ν（C=N）ar嘌呤環的有機 產物。

圖3 燃油箱產物XPS分析

圖4 燃油箱產物Raman分析

2.2.2 樣品微觀分析

首先，對試驗件A在掃描電鏡下對樣品處進行觀察（如圖5所示），試樣表面分布著較多的有機產物，但整體看來產物分布現象不均勻。然后，對試驗件B在SEM下進行觀察（如圖6所示），發現試樣表面除銹后基體有蝕坑暴露現象，整體看來表面平整，但存在很多較小、較多的蝕坑，基體破壞程度較輕。經過除銹后可以發現S，Cl等元素沒有了，這主要是Cl-引起鋁合金的大氣腐蝕[4]，沒有任何防護的鋁合金在大氣暴露下會形成鋁的氯化物和硫酸鹽化合物[5]。

圖5 燃油箱原樣SEM觀察

圖6 燃油箱除銹后試樣BSEM觀察

2.2.3 激光共聚集形貌分析

最后對失效件通過激光共聚焦顯微鏡對微觀形貌進行觀察（如圖7所示），試樣平整度較差，腐蝕坑數量明顯，個別腐蝕坑較大較深，蝕坑a深度20μm左右，直徑90μm左右，該蝕坑狀態說明部分區域基材破壞嚴重，確實發生了腐蝕反應。

圖7 燃油箱除銹后試樣B激光共聚焦觀察

2.3 腐蝕過程分析

關于鋁的化合物，常見的有Al2O3、Al（OH）3及其它的鋁的酸鹽化合物。其中Al2O3、Al（OH）3為難溶于水的白色固體[6]，因此這兩種化合物就會很好的附著在產品的表面。周和榮教授等認為鋁及鋁合金表面等氧化膜上含有Al（OH）3。Al2O3、Al（OH）3在實物中是共存的，見如下反應：

在上面SEM和激光共聚微觀形貌分析中，發現失效件前均有S和Cl，而且出現了腐蝕坑，但試件處理后就沒有了。出現腐蝕坑是因為Cl-加速了表面腐蝕，形成了可溶性AlCl3，見化學反應；而大氣中SO2等與鋁反應生成了淺白色的難溶的硫酸鹽化合物，見化學反應；

2.4 腐蝕防護建議

鑒于當前所使用的鋁合金原材料表面都附有一層透明的塑料薄膜，現在生產過程中已要求保留原薄膜，這樣鋁合金油箱表面就增加了一層防護（如圖8所示），進一步起到了抑制腐蝕的作用，市場抱怨也得到有效控制。

圖8 保留塑料膜后的鋁合金油箱

3 結語

（1）通過XPS、EDS、Raman檢測結果，白色花斑就是COO基團和ν（C = N）ar嘌呤環的有機產物和鋁的氧化產物的結合體；

（2）盡管鋁合金有一層氧化膜，但在應用過程中容易破壞，進而觸發鋁合金基體腐蝕現象，產生白色花斑影響了外觀質量。建議保留鋁合金表面的保護膜或制備耐腐蝕薄膜或涂層，可進一步提升防腐蝕能力。